基于断裂力学的沥青路面Top-Down开裂机理

首先基于ABAQUS有限元分析方法,综合考虑老化和温度梯度造成的沥青路面内部模量梯度、突然降温、轮胎边缘的应力集中等因素,选取春、夏、冬3个季节,以及未老化缓慢降温、老化后缓慢降温、老化后忽然降温3种情况,建立了带有微裂缝的9个沥青混凝土路面结构有限元模型,对不同工况下的沥青路面微裂缝尖端应力强度因子进行对比分析,结合最大周向拉应力理论得出裂缝开裂机理和判断方法,并给出了Top-Down裂缝预估方法.结果表明:对于未老化缓慢降温和老化后缓慢降温的沥青混凝土路面,剪切型应力强度因子对裂缝的扩展起主要作用;对于老化后忽然降温的沥青混凝土路面,张开型应力强度因子对裂缝的扩展起主要作用.     

减轻半刚性路面裂缝的措施

半刚性路面的裂缝有荷载裂缝,有沥青面层的温度收缩裂缝,还有由半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。本人结合多年施工经验,对减轻这些裂缝的措施分别讨论。     

灌浆修复带裂缝沥青路面力学性能分析

沥青路面裂缝是沥青道路的常见病害,通过高聚物灌浆修复法可以快速有效地对路面裂缝进行修复。文章应用有限元软件ABAQUS引入奇异单元建立三维20节点等参元模型,并对开裂修复前后的沥青道路进行力学分析,计算沥青道路在车轮荷载偏载、热力耦合等工况作用下的面层拉应力;利用用户子程序模拟车辆动荷载,对修复后裂缝尖端的应力强度因子进行分析。结果表明,通过高聚物灌浆可以有效修复开裂的沥青面层,降低面层的拉应力和基层的应力强度因子值,防止沥青道路在正常设计荷载作用下发生破坏,延长其使用寿命。     

旧水泥沥青加铺层路面结构温度场及热力分析

为研究旧水泥路面加铺沥青层结构的温度变化对反射裂缝扩展的影响,基于热传导理论和断裂力学理论,运用ABAQUS软件建立非线性瞬态温度场模型,分析连续变温条件下的温度梯度及沥青加铺层反射裂缝扩展规律。研究结果表明:在全天变化中,沥青加铺层正负温度梯度交替出现,且变化幅度大,易诱发温度裂缝;连续变温条件下,剪切型应力强度因子随温度的变化平缓,温度变化非其形成的主因;但张开型应力强度因子随温度的变化显著;在沥青层降温收缩阶段,尤其在17:00~22:00时段,当降温幅度越大,温度越低,则张开型应力强度因子越大,越易引起沥青层开裂;裂缝长度越长,应力强度因子SIFs越大,尤其是张开型应力强度因子峰值,裂缝长度越长越易加速张开型裂缝扩展。     

旧水泥沥青加铺层路面结构温度场模拟及热力分析

为研究旧水泥路面加铺沥青层结构的温度变化对反射裂缝扩展的影响,基于热传导理论和断裂力学理论,运用ABAQUS软件建立非线性瞬态温度场模型,分析连续变温条件下的温度梯度及沥青加铺层反射裂缝扩展规律。研究结果表明:在全天变化中,沥青加铺层正负温度梯度交替出现,且变化幅度大,易诱发温度裂缝;连续变温条件下,剪切型应力强度因子随温度的变化平缓,温度变化非其形成的主因;但张开型应力强度因子随温度的变化显著;在沥青层降温收缩阶段,尤其在17:00~22:00时段,当降温幅度越大,温度越低,则张开型应力强度因子越大,越易引起沥青层开裂;裂缝长度越长,应力强度因子SIFs越大,尤其是张开型应力强度因子峰值,裂缝长度越长越易加速张开型裂缝扩展。     

考虑温度非均匀性的沥青路面温度应力分析

为了合理评价温度对沥青路面结构的影响,考虑沥青路面温度沿深度方向的非均匀性分布和温度对沥青混凝土模量的影响,利用有限元法计算分析了不同面层初始裂缝深度和不同气温下的路面结构温度应力与应力强度因子变化情况。结果表明:面层表面开裂后,裂缝处的温度应力显著减小,面层底面的温度应力有所增大;裂缝初始深度越大,日平均温度越低,温差越大,面层底面的温度应力越大,裂缝处的应力强度因子也越大。在青藏公路沿线平均气温低、日温差大的条件下,一旦面层表面开裂,沥青路面结构将产生较大温度应力,导致裂缝快速向下扩展。     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响.路面结构计算与分析表明在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响.     

接裂缝荷载传递能力对沥青路面开裂的影响

研究了接裂缝荷载传递能力对沥青路面开裂的影响问题.基于断裂力学理论以及简化荷载传递弹簧模型,利用有限元方法计算分析了接裂缝荷载传递能力变化对行车荷载下加铺沥青面层中裂纹尖端应力强度因子的影响.结果表明:在荷载传递能力从无增大到较小值的过程中,应力强度因子急剧减小;在超过这个值后,应力强度因子没有明显变化.这说明,在旧水泥混凝土公路改造中,在铺筑沥青面层前应该对其接裂缝进行处理,使其达到一定的荷载传递能力,另外,没有必要使得荷载传递能力超过这个小值,避免过度处理而造成浪费.     

加宽工程路面开裂影响因素的数值分析

基于线弹性断裂力学,使用大型有限元软件ABAQUS对加宽工程路面在2种荷载作用模式下开裂的影响因素进行了分析.对沥青面层厚度和模量的分析结果表明,偏荷载对面层裂缝扩展的影响比正荷载大,增加面层厚度和减小面层模量能降低面层反射裂缝应力强度因子.对老路基层和新路基层模量的分析结果表明新老路基层模量相同时,应力强度因子K2数值最小,几乎为零,并随裂缝扩展长度变化不大,面层反射裂缝扩展的可能性最小,因此,选择合适的新路面结构使其模量与老路基层模量相同是非常重要的.此外,随差异沉降增加,应力强度因子K2略有增大,并且差异沉降越大,K2增大得越明显.这表明除合理选择路面结构外,进行地基处理降低差异沉降也非常重要.     

模量对反射裂缝应力强度因子影响分析

为了研究模量对反射裂缝应力强度因子的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了含反射裂缝的路面模型,分析了当路面各结构层模量变化时裂缝尖端应力强度因子的变化情况.计算表明:模量变化对反射裂缝应力强度因子影响较大,裂缝尖端应力强度因子随着面层各层位模量的增加而增大,随着基层各层位和土基模量的增加而降低.其中土基模量变化对裂缝尖端应力强度因子的影响最大.对于面层和基层各层位,距离裂缝越近,则其层位模量变化对应力强度因子的影响也越大.     

有裂纹无限大平板非稳定热应力解析数值解

讨论有微观裂纹的平板在急冷时所产生的热冲击问题。分析了有裂纹平板的瞬间热应力，并确定裂纹尖端的应力强度因子。无因次的最大应力强度因子用比奥数及无因次裂纹长度来表示，提出了３者之间的确定的简化公式。     

液氮溶浸煤致裂的机理研究

为分析液氮作用下煤的致裂机理,对原煤煤样开展了液氮溶浸实验。利用激光显微镜观测液氮溶浸前后煤样的原生裂隙扩展和新裂隙萌生情况,利用断裂力学理论分析液氮溶浸下煤样原生裂隙的扩展机制。研究结果表明:1)液氮作用引起煤内温度拉应力和应力集中,当应力强度因子超过煤原生裂隙的断裂韧度时,煤样原生微裂隙扩展;2)温度拉应力使得原生裂隙周围强度不大的颗粒团拉破坏、脱落,破坏了煤样的结构,并引起新的微裂隙萌生;3)液氮作用时间对应力强度因子有很大的影响,随着作用时间增加,温度梯度增大,裂隙的应力强度因子增加,煤更易发生断裂。     

水工混凝土结构裂缝的稳定性分析

对于带缝运行的水工混凝土结构,裂缝的稳定性直接关系到整个结构的安全状况.针对水工混凝土结构中裂缝扩展的稳定性问题,主要从断裂力学的角度,以缝端应力强度因子为特征参数,结合某重力拱坝,讨论了裂缝稳定性随水压、温度以及二者的不同组合的演变过程,分析了裂缝的转异特征.对该重力拱坝,水位对应力强度因子的影响较小,裂缝的稳定性主要受温度变化的影响.低温较低水位对裂缝的稳定最为不利,高温低水位对裂缝的稳定性也有一定的影响.还讨论了裂缝的时间效应和转异特征.     

断裂力学在转化管剩余寿命预测中的应用

在８３０～１０００°Ｃ温度和３．３～７．８ ＭＰａｍ初始应力强度因子下研究了运 行８１ ０００ ｈ的ＨＫ ４０转化管的蠕变裂纹扩展行为，由裂纹扩展速率与温度的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ 关系和裂纹扩展速率与断裂时间的反比关系导出Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ参数（Ｐ），从而建立 了初始应力强度因子（Ｋｒｒ）和 Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ参数关系外推寿命的方法．     

细晶压电涂层/基底界面裂纹热流强度因子分析

研究了在热载荷作用下的细晶粒压电涂层/基底界面裂纹的力学行为,利用积分变换方法把热力学问题转变成了求解奇异积分方程,得出了问题的温度场及热流强度因子.最后,通过数值算例给出了热流强度因子同裂纹尺寸和涂层厚度之间的关系.结果表明:在热载荷的作用下涂层厚度较小时容易造成裂纹的扩展,可以通过增加涂层厚度来增强结构的安全性.     

RCC-AC路面温度荷载型断裂的有限元分析

在沥青水泥混凝土AC层中接缝的上方存在一条垂直路面结构的反射裂缝的条件下，研究温度变化对反射裂缝的影响，并考虑沥青水泥混凝土AC层与碾压水泥混凝土RCC板之间的接触，摒弃两层之间完全连续的假设。其步骤为：利用传热学原理，得出路面结构的温度场，再利用热弹性理论求出不同温度条件下产生的热应力；然后，利用断裂力学理论计算复合式路面裂缝尖端的应力强度因子。此外，根据工程实例得出了不同裂缝长度下的应力强度因子，并分析了不同因素对应力强度因子的影响。研究结果表明：降低AC层与RCC板之问的粘结程度，加铺低模量的土工布，适当提高AC层的厚度等方法，能降低裂缝尖端的应力强度因子，从而达到阻碍反射裂缝开裂扩展的作用。     

两平行热疲劳裂纹的应力强度因子计算方法

针对直接计算热疲劳裂纹网中裂纹的应力强度因子有困难的问题,提出用有限元方法计算了若干组(每组两条)平行裂纹发生屏蔽效应时的应力强度因子,研究裂纹间屏蔽效应的规律.定义了热疲劳裂纹的比间距n、屏蔽剩余百分数s和裂纹长度比值f,发现此三者有确定关系且与边界条件及裂纹长度无关.给出了n-s-f的关系曲线,据此可根据单条裂纹的应力强度因子推算两条裂纹发生屏蔽效应时主裂纹的应力强度因子.算例表明,该方法是正确的、有效的.     

沥青加铺层裂纹尖端应力强度因子分析

裂纹尖端处的应力强度因子是研究裂纹扩展规律的基础,它以数值形式表征了不同裂纹尖端趋向开裂的严重程度．采用有限元方法对车辆荷载和温度作用下沥青加铺层的裂纹应力强度因子进行了分析,研究了沥青加铺层厚度、模量、初始裂纹长度、降温幅度及轴载等参数变化对加铺层裂纹应力强度因子的影响程度,为沥青加铺层防裂设计方法提供必要的理论依据．